具有光折射結構的樣品載體的製作方法

2023-09-13 18:37:35

專利名稱：具有光折射結構的樣品載體的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於樣品室中樣品的光學操控的載體和裝置，其中，載體包括在接觸表面中具有孔的光學結構。
背景技術：
由WO 2009/125339A2已知一種生物傳感器，其包括透明載體，該透明載體包含具有三角形截面的多個凹槽的接觸表面。由凹槽的側面所包含的角具有約130°至150°的值，這是為了使從載體內入射到凹槽側面上的輸入光束被折射進入平行於接觸表面的方向而選擇的值。在橫穿凹槽後，當再次進入載體時該光束被第二次折射，並因此被引導遠離接觸表面。所述的光學結構實現了凹槽內的樣品的局部操控。發明內容
基於這一情況，本發明的目的在於提供用於樣品的準確光學操控的魯棒的方式。
這一目的由根據權利要求I的載體和根據權利要求2的裝置來實現。在從屬權利要求中公開了優選實施例。
根據本發明第一方面的載體旨在用於在相鄰樣品室中，即在載體外部的空間中的樣品的光學操控。在此背景下，術語「操控(manipulation)」應包括光與樣品的任何類型的相互作用。操控可以優選包括包含標記顆粒的目標成分的定性或定量檢測，其中，目標成分例如可以是生物物質，如生物分子、複合物、細胞片斷或細胞。載體通常至少部分由透明材料製成，例如玻璃或聚苯乙烯，以允許給定(尤其是可見的、UV和/或IR)光譜的光的傳播。 樣品應具有被認為是預先給出的折射率n2，同時將載體的(透明部分的)折射率表示為ηι。
此外，載體應包括在其一個表面上的具有多個孔的光學結構，其中，每一個孔包括兩個反向傾斜的相對面，它們包括小於約140°乘以樣品與載體的折射率之間的比率的角， 即小於約(Ii2Ai1) *140°。在下文中將包括孔的表面稱為「接觸表面」，其中，在相對於接觸表面測量角度和/或以「法線」進行參照(因此忽略歸因於孔的局部結構)時，該接觸表面的幾何形狀通常近似為平面。應注意，所提及的孔的相對面不必彼此相遇；只要它們位於以所提及的角度相交的兩個相關聯的幾何平面中就足夠了。此外，多個孔將包圍在中間的「高地」。因此，可以由頂、脊等代替孔來等價地很好表徵載體上的光學結構。
在所描述的載體中，孔的相對面異常陡峭。在具有約O. 88的典型比Ii2Ai1的對稱設計中，每一個面例如以相對於接觸表面大於30°的角度傾斜。例如以相對於接觸表面的法線約70°的角取向傳播通過實際相關的幾何形狀的載體的光因此將以相當淺的角度照射在面上。這證明對利用所述光的操控的效率和魯棒性具有積極的效果，這在以下更詳細地說明本發明時會變得更明顯。
根據第二個方案，本發明涉及一種裝置，用於樣品室中樣品的光學操控，所述裝置包括以下部件
a)載體，包括具有多個孔的接觸表面。如上，載體通常至少部分由透明材料製成。
b)光源，用於朝向所述載體的接觸表面發射輸入光束以通過所述載體，使得所述輸入光束的至少部分在作為輸出光束離開所述載體之前橫穿至少兩個孔，通常將引導輸出光束遠離接觸表面。光源例如可以是雷射器或發光二極體(LED)，可任選地提供有用於整形和引導輸入光束的光學器件。
在以上的裝置中，在其接觸表面中具有至少兩個孔的載體以及光源相對於彼此具有特別的布置。這一布置是使得將由光源發出的輸入光束在接觸表面通過至少四次折射 (在每一個相遇的凹槽兩次)重定向為離開載體的輸出光束。這證實通過多次折射的這樣的重定向相比於僅通過一個孔的重定向具有優勢。具體地，在若干相遇孔處發生的總的光損失小於單個孔處的折射期間(具有輸入和輸出光束的類似角度)發生的光損失。此外，通過若干孔的輸入光束的通行增大了可以與樣品發生相互作用的體積，從而增大了裝置在感測應用中的靈敏度。另外，如果光束與特別集中在孔的流體測試盒界面處的顆粒(標記、磁珠) 相互作用，因為通過多個這些界面的光的通行，靈敏度增大。
應注意，輸入光束的準確路徑尤其取決於載體的孔中的介質(樣品)的折射率n2。 出於本發明的目的，這一折射率可以認為是預先給定的。於是選擇載體/光源的材料和/ 或幾何形狀以得到所需的行為(通過兩個孔的輸入光束的通行)。孔中的介質的折射率的典型值在約I. 2到約I. 5之間的範圍，優選在約I. 33到I. 35之間的範圍。
載體的折射率II1的典型值在約1. 4到1. 8之間的範圍，優選在約1. 5到1. 6之間的範圍。
用於所述裝置中的載體尤其可以是根據本發明的第一方面的載體，S卩，在其接觸表面中的每一個孔優選可以包括兩個反向傾斜的相對面，這兩個相對面包括小於約Oi2/ H1) · 140°的角，其中IijPn2分別是載體和樣品的折射率。
輸入光束通常在作為輸出光束離開載體之前可以橫穿大於一個的任意數量的載體孔。最優選地，其橫穿數量2到6個的孔。將通行的數量限制為這些數字已證明是提供了輸入光束的強度與所得到的輸出光束的強度之間的最優比。
由光源發射的輸入光束傳播通過載體，直到其入射在(第一個)孔的第一個面上。 優選地，這一入射以近似於布儒斯特角進行。如同本領域技術人員已知的，布儒斯特角是一入射角，以該入射角，僅僅非偏振的光的平行於反射界面偏振的成分被反射。依據光束通過其接近界面的介質的折射率Ii1和在界面的相對側的介質的折射率n2，布儒斯特角具有值 arctan(n2/ni)。在根據本發明的裝置中，以大致布儒斯特角的入射的優點在於使由於反射造成的損失最小。
由光源產生的輸入光束可任選地由偏振光構成,特別是線性偏振光。選擇輸入光的適合的偏振態有助於使輸入光束橫穿若干孔時發生的折射期間的光損失最小。
根據裝置的另一優選實施例，輸入光束以約65°到約75°的入射角度到達載體的接觸表面(相對於接觸表面的法線來定義所述角度)。在此情況下，幾何形狀類似於在載體的接觸表面發生(受抑)全內反射(FTIR)的設計的幾何形狀(參見WO 2009/083814A2.W0 2009/098623A1、或W02009/083814A2 )。這允許將這些裝置的讀出設備用於根據本發明的載體的加工。
在下文中，將說明與根據本發明的第一和第二方面的載體和裝置有關的本發明的優選實施例。
在一個這樣的優選實施例中，載體的接觸表面中的孔具有彼此平行延伸的凹槽的形式。以此方式，實現了在凹槽的延伸方向上光學條件不變化的設計。
載體的接觸表面中的孔的反向傾斜的相對面通常可以包括小於約120°的角，優選小於約110°。面之間特別優選的角為約100°和約86°。已證明這些值很好地兼容探測折射率接近水的折射率的流體的已知(FTIR)裝置的幾何形狀。
通常,載體的接觸表面中的孔可以具有任意的橫截面,例如非對稱的橫截面(相對於接觸表面的法線)，這通常導致輸入光束與輸出光束之間的不對稱。在另一優選實施例中，孔具有相對於接觸表面的法線對稱的橫截面。這允許實現輸入與輸出光束的對稱幾何形狀。此外，這樣的對稱橫截面確保載體可以用於圍繞接觸表面的法線旋轉180°的兩個取向。
孔的特別優選的形狀是使得它們具有三角形橫截面，這一橫截面的兩個邊定義傾斜的相對面。
孔的深度(從其尖端到其底部測量的)優選小於約15 μ m,最優選小於約10 μ m。孔的深度確定輸入光束所達到的體積的厚度。例如當要測試典型的磁性標記顆粒至接觸表面的附著時，所提及的深度值是有利的，因為它們限制了對包含結合到接觸表面的顆粒的薄流體層的相互作用。一般而言，孔的深度應與在接觸表面處將探測的顆粒的厚度成比例。 如果測量的目的是更一般的消光或吸收測量，則可以使用更深的孔以增大流體中光路的長度。
載體的接觸表面可任選地包括具有孔的所述光學結構的多個隔離的研究區。樣品的操控則可以同時在若干不同的研究區中進行。
根據本發明進一步的發展，孔塗覆有用於樣品的目標成分的結合部位。這樣的結合部位例如可以是特定結合到樣品中的特定分子的生物分子。
在本發明的優選實施例中，所述裝置包括磁場發生器，用於在樣品室中產生磁場。 經由這樣的磁場，可以對磁性顆粒(例如，磁珠)施加力並以期望方式移動它們。
所述裝置可任選地還包括光檢測器，用於檢測源自輸入光束的光的特性參數，尤其是輸出光束的特性參數。光檢測器可以包括任何適合的傳感器或多個傳感器，通過它們可以檢測給定光譜的光，例如，ID或2D檢測器陣列、單點或多點光電二極體、光敏電阻器、 光電池、CCD或CMOS晶片、或光電培增管。所檢測的特性參數具體可以是輸出光束的強度或強度分布的圖像。
載體上的光學結構可以具有空間上均勻的光學特性，例如通過相同孔的規則的周期性圖案來實現。然而也可以具有局部變化的光學特性，例如通過構成該結構的孔的變化的形狀(傾斜度、深度、間距等)。
根據具有光檢測器的實施例的進一步的發展，所述裝置還包括評價單元，用於針對樣品室中目標成分的存在和/或量來評價由光檢測器提供的檢測信號。樣品中顆粒的增大的濃度例如可以導致輸入光束在其折射進入樣品室後更多的散射和/或吸收，並從而導致輸出光束的減小的強度。相反地，光致發光物質的增大的濃度將導致光致發光的光的增大的量。在任何情況下，所檢測的光將攜帶與感興趣的目標成分的存在和量有關的信息。
本發明還涉及上述載體和裝置用於分子診斷學、生物樣品分析或化學樣品分析、 食品分析、和/或法醫分析的用途。分子診斷學例如可以藉助於直接或間接附著於目標成分的磁性顆粒或光致發光顆粒來實施。


本發明的這些及其他方面依據下文所述的實施例會變得明顯，並將參照這些實施例來闡明。將藉助於附圖作為示例來說明這些實施例。其中
圖I示意性地示出根據本發明的裝置和載體；
圖2示出圖I的載體的稜柱狀結構的放大視圖3以截面圖示出通過具有稜柱狀結構的載體的連續橫穿接觸表面處的六個凹槽的窄輸入光束的光線追蹤結果；
圖4示出具有100°頂角的稜柱狀結構的載體和1°發散性的輸入光束的光線追蹤結果；
圖5示出具有86°頂角的稜柱狀結構的載體和1°發散性的輸入光束的光線追蹤結果;
圖6示出圖5的載體對於5°發散性的輸入光束的光線追蹤結果；
圖7示出取決於基底流體界面上的入射角度的，具有分別平行於和垂直於界面的偏振態的光分量的反射率。
相似的參考標記或者以100的倍數來區分的標記在附圖中指代相同或相似的部件。應注意，附圖不是按照比例的；具體地，圖2-6中的長寬比不是按照比例的。
具體實施方式
以下將針對用於檢測如唾液、尿液、血液的體液中特定成分的生物傳感器來說明本發明。這些生物傳感器可以優選利用覆蓋有抗體的磁珠和特定的磁致動協議以優化分析性能。樣品中目標分子的存在則可以通過磁珠在覆蓋有特定抗體的載體或測試盒的接觸表面上的檢測點區域的結合或禁止結合來檢測。結合於表面的磁珠的存在將以光學手段來檢測，並且相應一次性測試盒的設計應保持儘可能簡單。
生物傳感器中一個已知的讀出方法應用受抑全內反射(FTIR，參見 W02009/083814A2)。對於該FTIR檢測，照明束以大於全內反射的臨界角的角度接近感興趣區域。反射光成像在檢測器上((XD相機或CMOS檢測器)。在生物傳感器中檢測點的位置處的倏逝場可以與接近表面的磁珠相互作用，從而減小反射束的強度。以此方式，磁珠結合到測試盒表面上的點在圖像中作為暗點而變為可見的。FTIR檢測的缺點在於倏逝場具有的穿透深度比通常使用的磁珠的尺寸小得多。這減小了檢測方法的靈敏度。
另一已知的讀出方法應用「雙折射檢測」(DRD，參見WO 2009/125339A2)。對於該 DRD檢測，檢測束由透明基底與接觸該基底的流體之間的稜柱狀界面結構折射，以使得檢測束通過一個稜柱狀界面處的折射進入流體，並通過下一稜柱狀界面處的折射離開流體。以此方式，僅有緊挨著稜柱狀結構的一薄層流體被探測以用於消光。這使得該方法尤其適合於通過例如夾心分析對具體結合到界面區域的例如磁珠的標記進行光學檢測。需要從該檢測中排除界面上方的大量液體中未結合的光學標記。這一傳感器可以表示為「雙折射檢測」，因為激發光束在光學界面處折射兩次折射進和出光學界面上方的液體樣品。
利用DRD的問題在於其難以利用基底和樣品流體的實際折射率來實現在進入和離開束之間的40°的總體束偏轉，這對於FTIR檢測系統是通常標準。所以，為了實現與 FTIR系統的兼容，在稜柱狀DRD表面上的內入射角必須選擇為接近於全內反射的臨界角。 這導致高反射損失。此外，該系統變得對於入射角的小變化和待分析的流體的折射率的變化非常敏感。這一角度敏感性還使其更難以將發散光用於檢測區域的相機上的照明和成像。使用低發散性(對於成像的低數值孔徑)降低了圖像質量，並使系統對於測試盒和成像光學器件中的所有光學缺陷敏感。
為此，本發明旨在與DRD相比減小反射損失，並增大相對於角度、折射率和/或束偏轉的容限。為了實現這些目標，提出使用多折射來代替雙折射。因此將從進入方向到檢測方向的總體束偏轉被細分超過多於兩次折射。這具有的優點在於可以減小對於每一單個折射的束偏轉。這非常易於以可用的有限的有效折射率(以測試盒基底材料的通常約為 I. 5-1. 6的折射率nl和水/等離子體的約為I. 33-1. 35的折射率n2，有效折射率Neff=H1/ H2約為I. 14)來實現。例如，如果使用四重折射，則基底流體界面處的入射角可以選擇為非常接近於布儒斯特(Brewster)角。這顯著地減小了折射損失,並使反射損失對角度不敏感。 這一方案的另一結果在於若干光線以不同角度通過同一流體體積，增大了待檢測的單個顆粒(標記)的消光效果。增大了通過流體的光路的長度。這一方案對於接近於表面的消光的測量尤其有效，例如用於檢測結合到表面的顆粒的吸收或散射。有效表面積增大這一事實對於低濃度標記的靈敏檢測也會是額外的優點。
圖I示出使用根據本發明的裝置100的以上方案的示例性實現。這一裝置的核心部件是測試盒/載體111，其例如可以由如玻璃的基底或如聚苯乙烯的透明塑料來製成。載體111緊鄰樣品室2，在樣品室2中可以提供具有待檢測的目標成分(例如，藥物、抗體、DNA 等)的樣品流體。樣品還包括磁性顆粒，例如超順磁珠，其中這些顆粒通常作為標記結合到前述的目標成分。為了簡單，在附圖中僅示出目標成分與磁性顆粒的組合，並在以下稱為 「目標顆粒」 I。應注意，也可以使用其他標記顆粒，例如帶電荷的或光致發光的顆粒來代替磁性顆粒。
載體11與樣品室2之間的界面由稱為「接觸表面」12的表面形成。這一接觸表面 12可任選地塗覆有俘獲元素(未示出)，例如抗體或蛋白質，它們可以特定地結合目標顆粒。 此外，接觸表面包括在「研究區」 13中的光學結構50，其將在以下解釋。應注意，以下在幾何形狀上將接觸表面認為是平面的，從而忽略(或平均掉)局部光學結構50。
對於磁性目標顆粒的操控，裝置100可以包括磁場發生器41，例如具有線圈和磁芯的電磁體，用於在接觸表面12處和樣品室2的相鄰空間中可控地產生磁場。藉助於這一磁場，目標顆粒I可以被操控，即被磁化，尤其是被移動(如果使用具有梯度的磁場)。因此， 例如可以將磁性顆粒I吸引到接觸表面12，以便加速它們結合到所述表面，或者在測量前將未結合的顆粒清洗離開接觸表面。儘管圖中示出在載體下方的單個磁性線圈，但應注意， 也可以將一個或多個線圈布置在其他位置。
裝置100還包括光源21，其產生輸入光束LI，該輸入光束LI通過「入射窗」 14發射進入載體111。作為光源21，可以使用雷射器或LED，尤其是商業DVD ( λ =658nm)雷射器-二極體。可以使用準直器透鏡，以使輸入光束LI平行，並且可以使用例如Imm直徑的針孔以減小光束直徑。通常，優選地，所使用的光束應是(準)單色的和(準)準直的。
輸入光束LI入射在載體111的接觸表面12的研究區13上，在此其由光學結構50折射進入樣品室2中。由光學結構50從樣品室再次收集的輸入光束的光構成輸出光束L2。
輸出光束L2傳播通過載體111，通過另一表面(「出射窗」 15)離開載體111,並由光檢測器31檢測。光檢測器31確定輸出光束L2的光的量(例如，由全光譜或光譜的特定部分中的這一光束的光強度來表示)。在觀測時段中由耦合到檢測器31的評價和記錄模塊 32對所測量的傳感器信號進行評價以及可任選地監控。在出射窗15與檢測器31之間可以使用附加的透鏡，用於將研究區13成像在檢測器31上，該檢測器31可任選地是二維CXD 或CMOS檢測器。
應注意，載體不必具有傾斜的入射窗14和/或出射窗15，因為這些面例如可以是外部(讀取器)光學器件的一部分。匹配的流體例如可以用於將光從外部讀取器耦合進入一次性測試盒。
也可以將光檢測器31用於由被輸入光束LI激發的光致發光顆粒I發射的光致發光的光的採樣，其中這一光致發光可以例如在光譜上與其他光相區分，例如在樣品室中未散射的輸入光束的光。儘管以下說明集中於非散射光的測量，但在此論述的原理加以適當的變更也可以用於光致發光的檢測。注意，在光致發光或直接散射檢測的情況下，檢測器31 也可以位於除了輸出光束L2以外的方向上,例如,在垂直於基底界面12的方向上。
圖2中更詳細地示出透明載體111的表面上的光學結構50的示例性設計。這一光學結構由凹槽52和楔體51構成，具有沿y方向，即垂直於圖面的方向的三角形橫截面。楔體51以規則方式在X方向上重複並在其間包含三角形凹槽52。楔體51的頂錐角以及凹槽 52的齒根角將表示為2 α，並且其優選小於約(η2/ηι) · 140° ^ (I. 14)―1 · 140° ^ 120° (BP, α ( 60° )。
當輸入光束LI (或者更準確地，整個輸入光束LI的子光束)從載體側入射到第一個楔體51的第一個「激發麵」53上時，它將被折射進入樣品室2的相鄰的第一個凹槽52 中。在第一個凹槽52內，光傳播直到入射到鄰接的第二個楔體的反向傾斜的第一個「收集面」54上。在此，沒有被吸收、散射或在其通過樣品室2的途中以其他方式損失的輸入光進入第二個楔體51。它傳播通過第二個楔體，直到到達其(第二個)「激發麵」53，在此光被折射進入相鄰的第二個凹槽52中。在所示的圖示說明中，光由所述第二個凹槽的第二個收集面54收集，並作為輸出光束L2被引導離開接觸表面12。顯然，輸出光束L2中的光的量與樣品室的凹槽52中目標顆粒I的濃度逆相關。
作為所述過程的結果，一薄層的光沿接觸表面傳播，其中這一薄層的厚度由凹槽幾何形狀(角度2α，深度H)和楔體51的間距ρ (X方向上的距離)來確定。這一設計進一步的優點在於照明和檢測兩者能夠在載體的非流體性側執行。
圖3示出使用對於具有相對尖的凹槽角2 α的稜柱狀光學結構50的光線追蹤結果的多折射檢測的基本概念。輸入光束LI與輸出光束L2之間的束偏轉被劃分於凹槽52 的六個單獨通行上。因此，進入的輸入光束LI在其再次進入測試盒211(成為輸出光束L2) 之前遭遇多於兩個折射事件。在光束最終折射回到測試盒211中之前的凹槽通行的數量Nk (附圖中列舉為i到vi)取決於測試盒U1)和樣品(n2)材料的折射率、輸入光束LI的進入角i和測試盒中三角形結構的頂角2 α。
所示幾何形狀的優點在於其實現一種分析物在流體中多通過吸收-散射檢測，這增大了輸出光束L2中包含的吸收和/或散射信號。結果，該方法給出更強的信號，以及因此的更好的信噪比。由該方法探測的體積的高度H由稜柱狀結構的間距P和頂角2 α來確定。
在下文中，通過測試盒的塑料基底材料具有I. 54的折射率Ii1和樣品流體具有I.35的折射率112的多個示例來說明本發明的實際應用。顯然，稜柱狀結構的最優角取決於實際折射率；基本概念保持相同。
圖4示出對於具有100°的頂/凹槽角2 α的稜柱狀結構的典型光線追蹤結果。 測試盒材料與流體之間的折射率比Ii1Ai2為I. 14( = I. 54/1. 35)。進入的輸入光束LI相對於接觸表面的法線的入射角i為73. 5°，而輸入光束的發散性為1° (FffHM)0
在這一 4折射檢測或4重折射檢測的實施例中，輸入光束LI朝向檢測器的總體偏轉被細分在四次連續的折射上。這對於本示例中使用的折射率，是通過使用具有所提及的 100°的頂角2 α的稜柱狀結構來實現的。
以進入光束的低發散性，在這一示例中是1°，由於反射造成的強度損失對於主偏振方向僅為5%和15%。這顯著低於DRD情況中的(10%到22%)，儘管在這一結構中光線遭遇四次折射而不是DRD中的兩次折射的事實。這歸因於以下事實與DRD的類似情況相比， 折射在基底流體界面處以更低的入射角發生。在DRD的所述類似情況下(具有與4折射檢測相同的參數，但頂角是144° )，對於這一示例中使用的材料，折射以56. 5°的內角發生。 這一角度位於布儒斯特角(41° )與全內反射的臨界角(61° )之間。在這一區域中，反射損失較高且強烈依賴於角度。這可以從圖7見到，圖7示出取決於入射角Θ的分別垂直於和平行於界面的偏振分量的反射率係數r丄和r| |。可以見到一個主偏振方向在布儒斯特角 θρ處具有O反射係數，並且對於兩個偏振態，光在全內反射的臨界角Θ。以上被全反射。圖 4的4折射檢測結構的情形是更有利的，因為內入射角進一步遠離臨界角Θ。且更接近布儒斯特角θρ，導致更低的反射損失。所以，即使以四折射來代替兩折射，但反射損失更低。
圖5示出對於具有86°的頂/凹槽角2α的稜柱狀結構的典型光線追蹤結果。測試盒材料與流體之間的折射率比同樣是I. 14(1. 54/1. 35)，進入的輸入光束LI相對於接觸表面的法線的入射角是70°，發散性是1° (FffHM)0在這一「6折射檢測」的實施例中，朝向檢測器的輸入光束的總體偏轉被細分在六次連續折射上。這是通過使用具有86°的頂/ 凹槽角2 α的稜柱狀結構來實現的。
在此情況下的反射損失與4折射檢測情況相當，儘管光線在其通過檢測區域中的通行中通過六次折射。這一實施例的吸引力在於整個測試盒-流體界面(接觸表面)上的入射角為70°，這與通常選擇的FTIR入射角正好相同。所以，這一實施例可反向兼容FTIR分析器。
圖6示出用於具有86°的頂/凹槽角2 α、1. 14的折射率比和70°的入射角的相同稜柱狀結構的典型光線追蹤結果。與圖5相比，輸入光束的發散性現在為5° (FffHM)0 該圖說明這一方案不僅僅對於具有非常低發散性的輸入光束有效。反射損失略微高於對於 1°發散性的反射損失，因為一些光線在錯誤的方向上被反射。但所計算的效率(對於平行和垂直偏振方向約為75%和84%)仍顯著好於相同發散性下DRD的效率(68%和79%)。
在所述概念用於測量特定結合到接觸表面的標記的濃度的情況下，通過選擇稜柱狀結構的相對較小的間距P，可以有利地將稜柱狀結構的高度H限定為1-10μπι。這減小了必須通過(磁性)清洗步驟去除未結合標記所處的區域的尺寸。
如果該概念用於測量臨床化學應用的吸收，更好的是使用更加魯棒且具有通過流體的更長光路的更宏觀的稜柱狀結構。
在偏振光可以用於輸入光束的情況下，通過選擇接近於布儒斯特角的入射角，可以將反射損失減小到幾乎為O。
在輸入光束與輸出光束的入射角幾乎相等的意義上,上述實施例是對稱的。另外, 用於示例中的稜柱狀結構是對稱的。然而，這並不排除該概念用於非對稱結構中的可能性， 其中稜柱狀結構可以是非對稱的和/或進入和離開光束的角度可以不同。
最後指出，在本申請中，術語「包括」不排除其它元件或步驟，「一」不排除多個，單個處理器或其它單元可以滿足若干模塊的功能。本發明在於每個新穎特性特徵和特性特徵的每個組合。此外，權利要求中的參考符號不應解釋為限制其範圍。
權利要求
1.一種載體(111-411)，用於相鄰樣品室(2)中提供的具有給定折射率n2的樣品的光學操控，其中，所述載體a)至少部分透明，並具有折射率Ii1；b)包括具有多個孔(52)的接觸表面(12)，每一個孔包括兩個反向傾斜的相對面(53、 54)，所述兩個反向傾斜的相對面(53、54)包括小於約(Ii2Ai1) · 140°的角(2 α )。
2.一種裝置(100)，用於樣品室(2)中樣品的光學操控，包括a)載體(111-411)，包括具有多個孔(52)的接觸表面(12)；b)光源(21)，用於朝向所述載體(111-411)的接觸表面(12)發射輸入光束(LI)以通過所述載體，使得所述輸入光束的至少部分在作為輸出光束(L2)離開所述載體(111-411) 之前橫穿至少兩個孔(52)。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，每一個孔(52)包括兩個反向傾斜的相對面(53、54)，所述兩個反向傾斜的相對面(53、54)包括小於約(Ii2Ai1) · 140°的角(2 α )，其中，Ii1和η2分別是所述載體和所述樣品的折射率。
4.根據權利要求2所述的裝置(100)，其特徵在於，所述輸入光束(LI)的所述部分橫穿通過四到六個孔(52)。
5.根據權利要求2所述的裝置(100)，其特徵在於，所述輸入光束(LI)大致以布儒斯特角(θ ρ)入射在第一個面(53)上。
6.根據權利要求2所述的裝置(100)，其特徵在於，所述輸入光束(LI)包括偏振光。
7.根據權利要求2所述的裝置(100)，其特徵在於，所述輸入光束(LI)以約65°到75°的入射角到達所述接觸表面(12)。
8.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述載體的折射率nl在約I. 4與I. 8之間的範圍，優選在約I. 5與I. 6之間的範圍。
9.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述樣品的折射率n2在約I. 2與約I. 5之間的範圍，優選在約I. 33與I. 35之間的範圍。
10.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述面(53、54)包括的角(2 α )小於約120°，優選小於約110°，最優選為約100°或約86°。
11.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述孔具有彼此平行延伸的凹槽(52)的形式。
12.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述孔(52)具有對稱的橫截面。
13.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述孔(52)具有三角形橫截面。
14.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)， 其特徵在於，所述孔(52)具有的深度(H)小於約15 μ m，優選小於約10 μ m。
15.根據權利要求I所述的載體(111-411)或者根據權利要求2所述的裝置(100)用於分子診斷學、生物樣品分析、化學樣品分析、食品分析、和/或法醫分析的用途。
全文摘要
本發明涉及用於樣品室(2)中樣品的光學操控的載體(211)和裝置，其中，所述載體(211)包括具有多個孔(52)，特別是凹槽(52)的接觸表面(12)。在優選實施例中，孔(52)具有兩個反向傾斜的相對面(53、54)，該兩個反向傾斜的相對面(53、54)包括小於約(3/4/3/4)·140°的角(2α)，其中，3/4和n2分別是載體和樣品的折射率。此外，可以布置光源，以使得其產生輸入光束(L1)，該輸入光束在作為輸出光束(L2)離開載體(211)之前橫穿至少兩個孔(52)。由於面(53、54)的陡度和/或輸入光束(L1)通過孔(52)的多次通行，可以與孔中的樣品以有效的方式相互作用，並最小化光損失。
文檔編號B01L3/00GK102939526SQ201180026808
公開日2013年2月20日 申請日期2011年5月30日 優先權日2010年6月2日
發明者J·H·M·雷正, J·J·H·B·施萊彭 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司